列管式換熱器的泄漏原因及防漏措施研究

董瑞華（甘肅省化工高級(jí)技工學(xué)校，甘肅蘭州 730046）

由于我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的不斷深入，提高了用于工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的要求，各種新型的設(shè)備也不斷的投入到工業(yè)生產(chǎn)中來(lái)，列管式換熱器就這其中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。在日常的工業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)對(duì)相關(guān)冷、熱量的傳遞及結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)目的。通過(guò)流體間的熱量轉(zhuǎn)移，使得所需流體的溫度達(dá)到生產(chǎn)工藝得以順利進(jìn)行的所需溫度，通過(guò)列管式換熱器的使用，就可以很好的實(shí)現(xiàn)上述目的。在列管式換熱器的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，由于各種因素的影響，使得列管式換熱器較易出現(xiàn)泄漏及破損的問(wèn)題，從而導(dǎo)致設(shè)備失效，無(wú)法進(jìn)行正常的工業(yè)生產(chǎn)。因此要對(duì)列管式換熱器進(jìn)行定期的、及時(shí)的檢查及更換，并迅速排除發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，從而提高列管式換熱器的使用效率。

1.列管式換熱器出現(xiàn)泄漏的原因分析

1.1 換熱管與管板連接接頭泄漏原因分析

1.1.1 設(shè)計(jì)制造缺陷引起泄漏

列管式換熱器在設(shè)計(jì)初期就沒(méi)有選擇較為合適設(shè)計(jì)制造方案，對(duì)于原材料的選擇及相關(guān)的加工工藝可能存在問(wèn)題，而在生產(chǎn)制造時(shí)，又是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行生產(chǎn)和加工，從而導(dǎo)致列管式換熱器在實(shí)際的使用過(guò)程中出現(xiàn)泄漏問(wèn)題。此外，在列管式換熱器的加工過(guò)程當(dāng)中，由于焊接質(zhì)量達(dá)不到要求的質(zhì)量，使得換熱管及管板處的焊接出現(xiàn)問(wèn)題，造成了殘余應(yīng)力過(guò)多、殘余變形等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致列管式換熱器與管板接近頭處出現(xiàn)泄漏。同時(shí)由于在制造中某些管件的熱處理工藝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，使其產(chǎn)生延遲裂紋，當(dāng)有應(yīng)力腐蝕時(shí)，管板便出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，而導(dǎo)致泄漏。

1.1.2 管束振動(dòng)引起的泄漏

由于設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)管殼程走物料不當(dāng)或支撐跨距過(guò)大等問(wèn)題時(shí)，就會(huì)使管束發(fā)生振動(dòng)。當(dāng)列管式換熱器進(jìn)行正常工作狀態(tài)后，如殼程為相變物料，而管程卻為無(wú)相變物流時(shí)，就會(huì)造成紊流抖動(dòng)、形成氣泡并破裂等問(wèn)題，造成換熱管的振動(dòng)，使得換熱管與管板連接部位發(fā)生裂紋，并由于氣孔等其它因素的影響，就會(huì)擴(kuò)大裂紋，最終導(dǎo)致開(kāi)裂及泄漏等。

1.1.3 由于使用操作不當(dāng)造成泄漏

列管式換熱器在正常的使用過(guò)程中，由于操作人員的技術(shù)水平不高，以及違章操作等現(xiàn)象的存在，使得換熱品會(huì)受到熱應(yīng)力的沖擊，當(dāng)材料出現(xiàn)延性降低等問(wèn)題時(shí)，就會(huì)發(fā)生脆斷。此外，當(dāng)使用的介質(zhì)腐蝕性超過(guò)換熱器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)造成連接處的沖刷腐蝕，最終導(dǎo)致泄漏等。

1.1.4 列管式換熱器換熱管與管板的連接形式主要有脹接和焊接兩種，其中脹接又分為機(jī)械脹接和液壓脹接。這三種連接形式的換熱器在生產(chǎn)中均發(fā)生過(guò)泄漏失效。焊接時(shí)，由于高溫產(chǎn)生熱影響區(qū)的附近組織出現(xiàn)塑性變形，加上焊接時(shí)未完全按工藝要求施焊，易形成較大的殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中，這是產(chǎn)生腐蝕的主要原因。當(dāng)介質(zhì)中"4%、5%含量較高時(shí)，也會(huì)引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

1.2 隔板與列管接觸處列管泄漏

對(duì)于列管式換熱器，為使管束安裝方便，隔板上的孔內(nèi)徑比管外徑大，這就不可避免地產(chǎn)生管與隔板孔邊緣反復(fù)碰撞的現(xiàn)象。通常，管的材料為銅、低碳鋼或不銹鋼等，隔板的材料一般為碳鋼或不銹鋼。當(dāng)管材硬度低于隔板材料硬度時(shí)，碰撞結(jié)果會(huì)使管被切割。當(dāng)切割量大到一定程度時(shí)，管壁厚不足以承受介質(zhì)的壓力，就會(huì)產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。

2.列管式換熱器的防漏措施探究

2.1 換熱管與管板連接接頭泄漏防漏措施

2.1.1 在設(shè)計(jì)過(guò)程中的防泄漏措施

在進(jìn)行列管式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先就要進(jìn)行所需生產(chǎn)原料的選擇，在選取的過(guò)程當(dāng)中，除了要考慮其具體的使用要求外，還要針對(duì)溫差較大的場(chǎng)使，選擇相對(duì)膨脹系數(shù)小的材料，同時(shí)，如果其使用環(huán)境存在較強(qiáng)的腐蝕性，還要著重考慮所選材料的耐腐蝕性能是否達(dá)標(biāo)等等。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，當(dāng)列管式換熱器的使用環(huán)境溫差較大時(shí)，固定管板式結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再適用，要選擇約束較少的U型管式等類(lèi)似結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用工況存在應(yīng)力腐蝕時(shí)，為了降低腐蝕對(duì)縫隙連接處的影響，盡量不要應(yīng)用脹接或脹焊等連接形式，宜使用焊接結(jié)構(gòu)以減輕殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)件的影響。此外，當(dāng)列管式換熱器在使用中相對(duì)較易疲勞時(shí)，應(yīng)最大限度的降低結(jié)構(gòu)開(kāi)狀異常變化的出現(xiàn)，銜接部位的管端就進(jìn)行圓滑過(guò)度，以減少局部應(yīng)力對(duì)列管式換熱器的影響。

在列管式換熱器的使用過(guò)程當(dāng)中，受到管內(nèi)流體的橫流流速的影響會(huì)使管件發(fā)生嚴(yán)重的振動(dòng)現(xiàn)象，想要解決這一問(wèn)題，就要在設(shè)計(jì)方案中減小折流板間距，換熱器在滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)需求的基礎(chǔ)上，選擇直徑較大的換熱管，并將單弓形折流板用雙弓形折流板來(lái)代替等，通過(guò)在設(shè)計(jì)中這些事項(xiàng)的更改，可以有效的降低相應(yīng)的管速振動(dòng)。此外，在列管式換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要遵照一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和制造，對(duì)管束級(jí)別、焊接形勢(shì)及要求等進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)定。并明確的標(biāo)出無(wú)需熱處理的設(shè)備，最終保證列管式換熱器的設(shè)計(jì)達(dá)到正常的使用要求，并降低發(fā)生泄漏的機(jī)率。

2.1.2在制造過(guò)程中應(yīng)采取的防泄漏措施

在進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)制造工作之前，要對(duì)相關(guān)的生產(chǎn)用原材料進(jìn)行合性性檢驗(yàn)，特別要指出的是要對(duì)換熱管進(jìn)行水壓試漏試驗(yàn)。在焊接過(guò)程中，要嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行焊接，并制定科學(xué)的焊接工藝流程及焊接原料的使用制度等，對(duì)焊接過(guò)程中所使用的焊條及焊接位置等加以重視，從而保證無(wú)焊接缺陷，提高焊接質(zhì)量。在管板與管的連接處應(yīng)采用液壓脹接的方法，使得管件的受力更為均勻等。在完成了相關(guān)的生產(chǎn)加工工藝后，不要對(duì)制成的列管式換熱器進(jìn)行水壓試驗(yàn)以及氣密性試驗(yàn)，可起到消除部分應(yīng)力，保證列管式換熱器產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.1.3 使用操作過(guò)程中的防泄漏措施

在列管式換熱器進(jìn)行安裝時(shí)，要預(yù)先在兩端管板處進(jìn)行防府處理，降低因腐蝕而導(dǎo)致泄漏發(fā)生的機(jī)率。同時(shí)在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)的設(shè)備管理工作，提高操作工作人員的操作技能水平及對(duì)相關(guān)操作規(guī)范的認(rèn)知程度，杜絕超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是存在腐蝕介質(zhì)時(shí)，要對(duì)列管式換熱器進(jìn)行及時(shí)的檢查及數(shù)據(jù)結(jié)果記錄，并對(duì)整個(gè)操作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，一旦出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取措施，最大限度的降低泄漏故障的發(fā)生。

2.2 針對(duì)隔板與列管接觸處列管泄漏的防漏措施

在列管式換熱器的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造過(guò)程中，在滿(mǎn)足相關(guān)使用要求及過(guò)多增加成本的情況下，應(yīng)選擇硬度相對(duì)較高的列管材料。采用隔板移位法延長(zhǎng)換熱器列管使用壽命，即在管壁磨損到最小壁厚前，將隔板平移一位置，一般為20毫米到30毫米，使磨損在新的位置上重新開(kāi)始。通常，對(duì)于換熱器的隔板，如條件允許可移位3到4次，相應(yīng)管的密封性就提高了3到4倍，泄漏發(fā)生的時(shí)間也延長(zhǎng)了3到4倍，從而延長(zhǎng)了列管的使用壽命。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)列管式換熱器在使用過(guò)程中易出現(xiàn)泄漏的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討，并針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的預(yù)防措施介紹，從中可以看出，基于列管式換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，要著重提高列管式換熱器的質(zhì)量及使用效率。故在列管式換熱器的設(shè)計(jì)初期就要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，選擇質(zhì)量較為合理的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)在生產(chǎn)及制造過(guò)程當(dāng)中也要控制好相關(guān)的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量，并做好合格性檢查。在換熱器投入使用后，相關(guān)的設(shè)備操作人員要遵守操作規(guī)程要求，不違規(guī)操作。此外，還要對(duì)列管式換熱器進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)，按階段進(jìn)行清洗工作，及時(shí)排除設(shè)備故障，從而提高換熱器的工作效率，為工業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ钐峁└痈哔|(zhì)量的設(shè)備保障。

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